齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置

董廣強

(江蘇師范大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116)

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齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置

董廣強

(江蘇師范大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116)

在分析現有的數控機床對刀儀基礎上，設計了一種齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置，這一裝置作為基準刀，在數控鏜銑類機床一次裝夾就能完成工件坐標系的建立，且X與Y坐標軸對刀實現了彈性接觸提高了裝置的使用壽命，同時可以方便得到其他加工刀具的長度補償量，與數控機床坐標位置顯示配合可以完成對工件內外輪廓和深度方向尺寸測量，使用非常方便，且不受工件上Z坐標軸對刀位置面積大小的限制，同時該裝置也可用于數控車床的對刀。

數控機床; 齒輪齒條; 螺旋軸; 對刀裝置

目前在數控鏜銑類機床上，對刀主要采用尋邊器和高度對刀儀這兩個對刀裝置，通過兩次裝夾才能完成工件坐標系的建立，且接觸式尋邊器進行X與Y坐標軸對刀是與工件側面直接硬接觸容易造成損壞，對刀時間長、效率低，而且工件上Z坐標軸對刀位置面積比較小時，使用高度對刀儀對刀也不太方便等，且以上對刀儀只能用于數控鏜銑類機床的對刀，不能同時應用于數控車床的對刀。為解決上述問題，設計了一種在數控鏜銑類機床和數控車床都能夠使用的齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置(專利號201420260896.2)。

1　總體結構

總體結構組成如圖1所示。

端蓋1固定在外套10上，有4個齒條2，分上下兩層，圖示有兩個齒條，與它們垂直方向有兩個，它們都與相應徑向滑塊4固定連接，并且與齒輪螺旋軸6相嚙合。調整塊3用來調整齒側間隙。徑向滑塊4放置在外套10徑向槽中，完成X和Y軸工件坐標系原點偏置量的確定工作。限位銷5對徑向滑塊4進行限位，并且通過齒條與齒輪的作用，當指示燈HL1亮時保證4個徑向滑塊的外端圓柱面20處于同軸線定直徑位置，對應的就是要建立工件坐標系X和Y軸對刀位置。螺旋槽固定銷7右端與滾子8配合，且與螺旋槽9配合，使得齒輪螺旋軸6螺旋上下移動。對刀軸11實現Z軸工件坐標系原點偏置量的確定工作。彈簧12給對刀軸11加力，保證對刀軸11處于正確的位置。調節螺釘13調節彈簧力大小。定位面14用于正確安裝，又保證對刀裝置定長，防轉移動銷15防止對刀軸11轉動，同時又帶有判斷對刀位置的顯示裝置，這里帶有動觸點17上下移動，使指示燈HL1亮表示正確對刀位置。HL2指示燈由亮到滅說明圓柱面20與工件側面及對刀軸11下端面與工件上表面剛好接觸的位置。找正平面19用來使齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置相對數控機床X或Y軸處于正確位置，找正平面與數控機床X或Y軸在正負大角度范圍內，保證齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置都有效。有兩個彈簧21給圖示位置上層兩個齒條端加力，通過齒條使徑向滑塊4與限位銷5接觸。

2　工作原理

在數控鏜銑類機床上，將對刀裝置的裝夾面14裝入數控加工刀柄中夾緊，測量它作為基準刀的長度，同樣將要使用的其他刀具裝入數控加工刀柄中夾緊，測量它們的長度，其他刀具的長度減去基準刀的長度就得到其他刀具的長度補償量。

將裝有對刀裝置的刀柄裝入數控機床的主軸孔中，并保證找正平面19 與數控機床的X或Y軸盡可能的平行，利用圖示一個或兩個徑向滑塊完成X軸工件坐標系原點偏置量的確定工作。具體是合上開關S，指示燈HL2亮，使X坐標軸向徑向滑塊外圓柱面與工件側面接觸方向移動，直到指示燈HL2熄滅，說明圓柱面20與工件側面接觸，然后繼續移動，使指示燈HL1微微發亮，齒條齒輪螺旋軸機構數控綜合對刀裝置處于正確的對刀位置，計算出X軸工件坐標系原點偏置量；同理利用與圖示相垂直另外一個方向上的一個或兩個徑向滑塊完成Y軸工件坐標系原點偏置量的確定。利用對刀軸11，使Z坐標軸向工件上表面接觸方向移動，直到指示燈HL1微微發亮，對刀裝置就處于正確的對刀位置，計算出Z軸工件坐標系原點偏置量。利用上面的方法，與數控機床坐標位置顯示配合也可以完成對工件內外輪廓和深度方向尺寸測量。

在數控車床上，三爪卡盤夾緊裝夾面14，具體對刀過程與數控鏜銑類機床上相同。

3　結語

本對刀裝置具有以下特點：(1)工作原理結構簡單，使用非常方便，成本低，對刀效率高，如果用千分表顯示可以實現高精度對刀，且可同時用于數控鏜銑類機床和數控車床對刀。(2)安裝非常方便，易掌握。(3)一次安裝就可以完成數控機床工件坐標系的建立，且可用于導電和非導電工件的對刀。(4)與數控鏜銑類機床坐標顯示配合可完成工件尺寸的測量。(5)在使用過程中，由于與工件接觸和車刀與它接觸都是彈性接觸，提高了本裝置的使用壽命。本對刀裝置有較為廣闊的應用前景。

[1]陳光明，吳洪彬． 數控車床的對刀原理及對刀方法[J]． 機床與液壓，2002(13)：179-181.

[2]吳新騰.一種機械傳動式數控車床對刀儀的設計與應用[J]．制造技術與機床,2013(9):143-146.

(編輯汪藝)

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Gear rack screw shaft mechanism for integrated CNC tool setting

DONG Guangqiang

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, CHN)

In this paper, we design a gear rack screw shaft mechanism numerical control (NC) integrated tool setting device by analyzing existing tool checking instrument. As a reference tool, one clamping can establish the work piece coordinate system on NC boring-milling machine. Tool setting betweenXandYcoordinate axis achieves elastic contact, and increases the service life of the device. The length compensation of other cutting tools is obtained easily, the workpiece contour and depth dimension is measured with NC machine coordinate position. The device is very convenient to use, without the restrictions ofZaxis of the workpiece to the area of cutter position. It can also be used for NC lathe.

NC machine; gear rack; screw axis; tool setting device

TH7

B

董廣強 ，男，1964年生，副教授，主要從事機械設計制造及自動化方面的研究。

2015-10-13)

160433